CN111879781A - 一种基于机器视觉的试纸质量检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于机器视觉的试纸质量检测系统，包括机械动作系统、数据采集系统、数据处理及分析系统和人机交互系统。在进行检测时，人机交互系统发送检测指令给控制系统，控制系统控制机械装置分离和传送试纸，图像采集系统将图像发送给人机交互系统，人机交互系统将图像信息和设置好的参数信息传送给数据处理及分析系统，并获得回传的分析结果，并在界面上显示该试纸的分析结果。根据分析结果，人机交互系统发给控制系统相应的分拣指令，并将分拣结果记录到该批次累计检测模块，在该批次完成之后存储数据用于数据分析，改进生产。本发明能够降低工厂的人力成本，提高生产线的自动化水平。
Description
技术领域
本发明属于自动化生产线与计算机视觉技术领域，具体涉及一种基于机器视觉的试纸质量检测系统。
背景技术
试纸的大量使用，促使着试纸的大量生产，但是对试纸是否合格的检测往往是由人工完成的，由于试纸质量要求较为严格，所以一些微小的特征，例如颜色均匀性、表面黑点、边缘缺失等都是由人工去检测。
其存在以下问题：
(1)人力成本不断增高，且人的工作效率较低；
(2)劳动强度大，且重复性工作会对人体产生危害；
(3)人工检测准确率较低，且工作较繁琐；
(4)易对试纸产生污染；
因此，急需发展新的检测模式从根本上改变传统人工检测的弊端和不足。随着科学技术的进步，尤其是自动化、信息化、智能化技术的迅猛发展，以人为主导的传统生产模式正向着以机器为主导的自动化、智能化生产模式转换。所以需要一种可以代替人工的智能检测装置。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于机器视觉的试纸质量检测系统。本发明能够在短时间内检测大量试纸，并储存与分析检测信息，检测效率更高，结果准确。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：
一种基于机器视觉的试纸质量检测系统，包括机械动作系统、数据采集系统、数据处理及分析系统和人机交互系统；其中，机械动作系统，用于完成试纸的分离和传送，以及根据人机交互系统的要求分拣试纸，将机械动作系统健康信息传递给人机交互系统；
数据采集系统，用于采集单个试纸的清晰图像并将图像传输给人机交互系统，其采集位置在机械动作系统的试纸传送过程中；
数据处理及分析系统，用于接收人机交互系统的图像信息和图像检测参数，根据图像检测参数处理图像，并将处理结果提交给人机交互系统；
人机交互系统，用于面向操作人员设置图像检测参数，并将该参数传递给数据处理及分析系统；接收数据处理及分析系统的试纸分类信息，根据该分类信息，将分拣指令传递给机械动作系统；接收数据采集系统所采集的图像信息，并调节数据采集系统的光照条件；完成系统自检以及展示自检情况；展示以及存储图像信息、试纸处理信息。
本发明进一步的改进在于，机械动作系统包括机械装置和控制系统，机械装置用于完成试纸的分离、传送、分拣动作，控制系统用于接收人机交互系统的分拣指令并转换为电信号驱动机械装置完成动作。
本发明进一步的改进在于，数据采集系统包括摄像头和光源，摄像头用于采集试纸图片并传递给人机交互系统，光源用于保证摄像头采集时的光照均匀性；
数据采集系统中试纸长边方向垂直的方向两侧粘贴粗糙白纸，作用是使光源所发出的光尽量产生漫反射，使密闭空间中的光线发散，保证试纸表面的光线均匀柔和，避免强烈眩光；
光源的亮度会随着图像亮度调整，人机交互系统根据摄像头采集的图像亮度调整光源亮度，保证图像整体亮度，防止丢失图像信息。
本发明进一步的改进在于，光源使用两个平行的长条形光源，其光源长边方向与试纸长边方向垂直，因为两个长条形光源的光源交叉区域光线更加均匀。
本发明进一步的改进在于，数据处理分析系统包括图像分割和图像检测；
图像分割用于从摄像头图像中去除干扰，分割出试纸图像；
图像检测用于根据图像检测参数判断试纸是否是反面以及是否合格；
在图像检测时按顺序进行正反检测、尺寸形状检测、边缘缺陷检测、颜色均匀性检测、表面缺陷检测，符合当前标准的进入下一项检测，提高检测效率；
在颜色均匀性检测时采用CIE Lab色彩空间；将试纸部分ROI图像转换到Lab颜色空间，然后计算图像L、a、b通道的直方图并绘制；对L、a、b通道的离散程度和进行计算，若其小于阈值，则判定颜色均匀，否则判断颜色不均匀；
在试纸接缝检测过程中利用灰度共生矩阵的能量值判断试纸表面是否存在明显接缝，将试纸部分ROI图像转换为灰度图，然后计算灰度共生矩阵，并求取其能量值；实验分析得到有接缝缺陷的试纸灰度共生矩阵的能量值较大，则设定判别条件：若能量值小于阈值，则认为无接缝缺陷，否则认为有接缝缺陷。
本发明进一步的改进在于，所述的人机交互系统包括数据服务和界面系统；数据服务用于完成检测数据的存储和分析，界面系统用于完成试纸图像、当前试纸检测信息、累计检测信息和系统自检情况的展示；向机械动作系统发送自检命令并接受自检信息；
图像检测参数的设置按档位分配，设置中只需调整档位，显著降低操作人员的操作难度；高级设置中调整某个档位所代表的值即可。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明的基于机器视觉的试纸质量检测系统，在执行任务之前进行自检，检查整个系统各个模块的健康完整状态，一切正常才能继续。其可以自动对试纸图像进行均匀的自适应的采集，并按照操作人员所给的参数要求进行数据处理与分析，进而分离、传送、分拣。并将结果反馈给人机交互系统进行数据存储、分析、展示。其可以在少人或者无人的情况下自动的对试纸进行多方面的检测，其减少了人员工作负担，提高了检测的工作效率和准确度。自动检测模式从根本上弥补了传统人工检测模式的缺点和不足，既能够降低工厂的人力成本，又提高了生产线的自动化水平，为试纸检测提供了很好的选择。
附图说明
图1是本发明于机器视觉的试纸质量检测系统的组成结构框图。
图2是本发明中机械装置的组成结构框图。
图3是本发明中图像检测部分的结果框图。
图4是本发明中数据服务部分的结果框图。
图5是本发明中界面系统部分的结果框图。
图6是本发明中数据采集系统示意图，图中，1为粗糙白纸，2为摄像头，3为长条形光源，4为试纸，5为外框。
图7是本发明整体信息流图。
图8是本发明中图像检测部分流程图。
图9是本发明中颜色均匀性检测部分流程图。
图10是本发明中接缝缺陷检测部分流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和特点更加清楚明白，以下结合附图对本发明做出进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种基于机器视觉的试纸质量检测系统，包括机械动作系统、数据采集系统、数据处理及分析系统和人机交互系统，所述的机械动作系统包括机械装置和控制系统，所述的数据采集系统包括摄像头和光源，所述的数据处理分析系统包括图像分割和图像检测，所述的人机交互系统包括数据服务和界面系统。
如图2所示，机械装置包括分离装置、传送装置和分拣装置。分离装置用于从层叠的试纸中分离出单个的试纸。传送装置用于将试纸传送到指定位置并在传送过程中进行图像采集，分拣装置用于按照试纸类别分类放置。
如图3所示，图像检测包括正反面检测、尺寸形状检测、边缘缺陷检测、颜色均匀性检测和表面缺陷检测。正反面检测用于检测试纸是否正面朝上，尺寸形状检测用于判断试纸的长度和角度是否满足要求，边缘缺陷检测用于检测试纸的边缘是否整齐，颜色均匀性检测用于检测试纸的颜色是否均匀，表面缺陷检测用于检测试纸表面是否存在黑点。
如图4所示，数据服务包括数据存储和数据分析，将每一批处理结束的试纸情况存储在数据库中，操作人员随时可以调用并进行数据分析。
如图6所示，本发明中，光源使用两个平行的长条形光源，同时附带粗糙白纸，使密闭空间中的光线发散，保证试纸表面的光线均匀柔和，避免强烈眩光。
本发明中，根据摄像头采集的图像亮度调整光源亮度，保证图像整体亮度，防止丢失图像信息。
如图8所示，在图像检测时按顺序进行正反检测、尺寸形状检测、边缘缺陷检测、颜色均匀性检测、表面缺陷检测。通过各种缺陷出现可能性从高到低处理，只有符合当前标准的才能进入下一项检测，尽早筛除出现缺陷的试纸，提高检测效率。
如图9所示，在颜色均匀性检测时使用Lab色彩空间。Lab色彩空间(英语：Labcolor space)是颜色-对立空间，带有维度L表示亮度，a和b表示颜色对立维度，Lab颜色被设计来接近人类视觉。它致力于感知均匀性。通过Lab三通道直方图得到离散程度，通过离散程度判定颜色是否均匀。
如图10所示，在进行试纸表面接缝检测时使用灰度共生矩阵的能量值判断试纸表面是否存在明显接缝，将试纸部分ROI图像转换为灰度图，然后计算灰度共生矩阵(GLCM)，并求取其能量值。实验分析得到有接缝缺陷的试纸灰度共生矩阵的能量值较大，则设定判别条件：若能量值小于阈值，则认为无接缝缺陷，否则认为有接缝缺陷。
如图6所示，本发明基于机器视觉的试纸质量检测系统，其通过机械装置分离出单个试纸4，自动放入特殊的密闭空间，由外框5确保其密闭性，防止外界环境光干扰，该密闭空间为数据采集系统，包括摄像头2、光源、粗糙白纸1，通过两个相互平行的长条形光源3在中心区域达到均匀的光线效果，通过粗糙白纸1防止眩光，通过摄像头2采集到的图像的整体亮度信息调整光源强弱，防止丢失图像信息。通过数据处理及分析系统分割出试纸图像和进行图像检测，通过人机交互系统存储和分析数据，在界面系统设定检测参数并进行信息展示。
如图5所示，界面系统包括系统自检模块、参数设定模块、当前试纸信息展示模块、累计检测模块，系统自检模块会检测控制系统连接情况、摄像头连接情况、各个电机的情况，只有自检通过才能继续运行。图像检测参数的设置按档位分配，一般设置中只需要设置某个参数为一档到五档其中的一个档位，并不需要了解该档位代表的具体参数值，显著降低操作人员的操作难度，同时高级设置中可以设置档位所代表的具体值，兼顾了易用性和可变性。当前试纸信息展示模块展示当前所检测试纸的图片，显示当前所检测试纸哪一项指标不合格，累计检测模块展示该批试纸的累计检测情况。
如图7所示，本发明所述的交互流程进一步详细说明如下。
1)进行系统自检，人机交互系统检查数据采集系统，并发送自检指令给控制系统，控制系统进行分别进行各个模块的检测并回传给人机交互系统，如果某个模块出现问题则提醒操作人员查看修复。系统正常方可继续进行。
2)进行检测时，人机交互系统发送检测指令给控制系统，控制系统控制机械装置分离和传送试纸，图像采集系统将图像发送给人机交互系统，人机交互系统将图像信息和设置好的参数信息传送给数据处理及分析系统，并获得回传的分析结果，并在界面上显示该试纸的分析结果。
3)根据分析结果，人机交互系统发给控制系统相应的分拣指令，并将分拣结果记录到该批次累计检测模块，在该批次完成之后记录到数据库中，并可以在后期分析数据。
控制器选用PLC，人机交互系统与控制器的通信协议使用定长协议通信，每一帧使用11个字节，前四个字节是固定的帧头，第五个字节表示控制对象，接下来四个字节表示数据，最后两个字节用于校验，校验方法是将前九个字节加起来，高位放在第10个字节，低位放在第11个字节。
Claims (6)
1.一种基于机器视觉的试纸质量检测系统，其特征在于，包括机械动作系统、数据采集系统、数据处理及分析系统和人机交互系统；其中，
机械动作系统，用于完成试纸的分离和传送，以及根据人机交互系统的要求分拣试纸，将机械动作系统健康信息传递给人机交互系统；
数据采集系统，用于采集单个试纸的清晰图像并将图像传输给人机交互系统，其采集位置在机械动作系统的试纸传送过程中；
数据处理及分析系统，用于接收人机交互系统的图像信息和图像检测参数，根据图像检测参数处理图像，并将处理结果提交给人机交互系统；
人机交互系统，用于面向操作人员设置图像检测参数，并将该参数传递给数据处理及分析系统；接收数据处理及分析系统的试纸分类信息，根据该分类信息，将分拣指令传递给机械动作系统；接收数据采集系统所采集的图像信息，并调节数据采集系统的光照条件；完成系统自检以及展示自检情况；展示以及存储图像信息、试纸处理信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的试纸质量检测系统，其特征在于，机械动作系统包括机械装置和控制系统，机械装置用于完成试纸的分离、传送、分拣动作，控制系统用于接收人机交互系统的分拣指令并转换为电信号驱动机械装置完成动作。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的试纸质量检测系统，其特征在于，数据采集系统包括摄像头和光源，摄像头用于采集试纸图片并传递给人机交互系统，光源用于保证摄像头采集时的光照均匀性；
数据采集系统中试纸长边方向垂直的方向两侧粘贴粗糙白纸，作用是使光源所发出的光尽量产生漫反射，使密闭空间中的光线发散，保证试纸表面的光线均匀柔和，避免强烈眩光；
光源的亮度会随着图像亮度调整，人机交互系统根据摄像头采集的图像亮度调整光源亮度，保证图像整体亮度，防止丢失图像信息。
4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的试纸质量检测系统，其特征在于，光源使用两个平行的长条形光源，其光源长边方向与试纸长边方向垂直，因为两个长条形光源的光源交叉区域光线更加均匀。
5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的试纸质量检测系统，其特征在于，数据处理分析系统包括图像分割和图像检测；
图像分割用于从摄像头图像中去除干扰，分割出试纸图像；
图像检测用于根据图像检测参数判断试纸是否是反面以及是否合格；
在图像检测时按顺序进行正反检测、尺寸形状检测、边缘缺陷检测、颜色均匀性检测、表面缺陷检测，符合当前标准的进入下一项检测，提高检测效率；
在颜色均匀性检测时采用CIE Lab色彩空间；将试纸部分ROI图像转换到Lab颜色空间，然后计算图像L、a、b通道的直方图并绘制；对L、a、b通道的离散程度和进行计算，若其小于阈值，则判定颜色均匀，否则判断颜色不均匀；
在试纸接缝检测过程中利用灰度共生矩阵的能量值判断试纸表面是否存在明显接缝，将试纸部分ROI图像转换为灰度图，然后计算灰度共生矩阵，并求取其能量值；实验分析得到有接缝缺陷的试纸灰度共生矩阵的能量值较大，则设定判别条件：若能量值小于阈值，则认为无接缝缺陷，否则认为有接缝缺陷。
6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的试纸质量检测系统，其特征在于，所述的人机交互系统包括数据服务和界面系统；数据服务用于完成检测数据的存储和分析，界面系统用于完成试纸图像、当前试纸检测信息、累计检测信息和系统自检情况的展示；向机械动作系统发送自检命令并接受自检信息；
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